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基于信号注入与热网络法的电机绕组温度辨识及重构

基于信号注入与热网络法的电机绕组温度辨识及重构

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作者：孙家毓沈阳工业大学

学位级别：硕士

永磁同步电机因其运行可靠、功率密度高、损耗低、结构简单等特点,被广泛应用于轨道交通、工业、农业等各个领域。随着永磁同步电机应用领域的增加,其稳定性及安全性随之受到了挑战。为此,人们对永磁同步电机的运行特性及使用寿命提出... 详细信息

永磁同步电机因其运行可靠、功率密度高、损耗低、结构简单等特点,被广泛应用于轨道交通、工业、农业等各个领域。随着永磁同步电机应用领域的增加,其稳定性及安全性随之受到了挑战。为此,人们对永磁同步电机的运行特性及使用寿命提出了更高的要求。在电机的运行中,复杂的工况、有限的空间和散热条件将会引起定子绕组局部过热,甚至超过其最高温升限制导致电机的损坏。因此,为了提高电机的运行可靠性,延长电机的使用寿命,对电机定子绕组的温度尤其是最热点温度进行监测是很有必要的。本文研究了信号注入识别永磁同步电机参数与热网络模型结合计算永磁同步电机各部分温度的方法,从而提出了基于信号注入与热网络法的电机绕组温度辨识及重构策略,并搭建仿真模型,最后通过实验进行验证。首先,介绍了永磁同步电机的结构、特点及数学模型。分析现有永磁同步电机不同种类信号注入方法的优缺点,选择出适合本文的一种信号注入策略。对优选的信号注入法进行介绍,并建立了仿真模型。用信号注入法辨识的参数计算出电机损耗（热源）,并通过损耗分离实验对仿真模型求解出的损耗进行验证。其次,对热网络模型概念进行介绍,系统的介绍了电机各部件的热阻求取方法及永磁同步电机热网络模型的搭建过程。并对本课题研究的电机定子绕组进行了精细化建模。为验证其合理性,本文构建了实验电机的有限元仿真模型,使其计算结果与热网络法求解的电机全域热分布进行对比分析。然后,将基于信号注入法的热源求取模型与基于热网络法的电机温度辨识模型进行联立。为提高永磁同步电机定子绕组的温度辨识精度,此模型还考虑了电机参数与温度的耦合关系。通过编写主调函数来实现将热源模型的计算结果更新到热网络模型,同时将热网络模型计算的温度对热源（损耗）的影响更新至热源模型,直至电机温度进入稳态。最后,搭建永磁同步电机温升实验平台,通过记录永磁同步电机不同工况下的温升数据。并与本文提出的基于信号注入与热网络法的电机绕组温度辨识及重构策略的计算结果进行对比分析,检验此策略有效性。

关键词：永磁同步电机定子绕组温度监测信号注入法热网络法

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